第六章 復(fù)合材料在飛行器制造中的應(yīng)用

1、11.5復(fù)合材料構(gòu)件在飛行器上的應(yīng)用復(fù)合材料構(gòu)件在飛行器上的應(yīng)用 2 34B2隱形轟炸機(jī)隱形轟炸機(jī)5678F-18戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)9101112131415161718 記者在哈航集團(tuán)的生產(chǎn)車(chē)間里看到，工人們正在模記者在哈航集團(tuán)的生產(chǎn)車(chē)間里看到，工人們正在模具上進(jìn)行具上進(jìn)行“鋪層鋪層”工作。幾名工人首先將一種薄得像布工作。幾名工人首先將一種薄得像布一樣的特殊材料鋪在模具上，然后在上面刷上一層特種一樣的特殊材料鋪在模具上，然后在上面刷上一層特種膠水，隨后再鋪上一層膠水，隨后再鋪上一層“布布”。在鋪了若干層。在鋪了若干層“布布”后，后，經(jīng)過(guò)固化、成型，制成特殊復(fù)合材料。最后將根據(jù)尺寸經(jīng)過(guò)固化、成型，制

2、成特殊復(fù)合材料。最后將根據(jù)尺寸要求，加工出具有流線(xiàn)形的殼體要求，加工出具有流線(xiàn)形的殼體整流罩。哈航集團(tuán)整流罩。哈航集團(tuán)為波音公司生產(chǎn)的整流罩將用于為波音公司生產(chǎn)的整流罩將用于“波音波音787”機(jī)體和機(jī)翼機(jī)體和機(jī)翼的結(jié)合部，可將裸露在機(jī)體外面的某一部件或裝置封閉的結(jié)合部，可將裸露在機(jī)體外面的某一部件或裝置封閉起來(lái)，起到保護(hù)與減少空氣阻力的雙重作用。起來(lái)，起到保護(hù)與減少空氣阻力的雙重作用。 19202122232425262728297.82.84.521.451.61.42.12.650246810鋼鋁合金鈦合金玻璃纖維復(fù)合材料高模碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料高模石墨纖維/環(huán)氧復(fù)合材料有機(jī)纖維/環(huán)氧復(fù)合

3、材料硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維/鋁復(fù)合材料密度密度1.6復(fù)合材料的性質(zhì)復(fù)合材料的性質(zhì):性性能能比比較較3000.20.40.60.811.21.41.61鋼鋁合金鈦合金玻璃纖維復(fù)合材料高模碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料高模石墨纖維/環(huán)氧復(fù)合材料有機(jī)纖維/環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維/鋁復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度3101231鋼鋁合金鈦合金玻璃纖維復(fù)合材料高模碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料高模石墨纖維/環(huán)氧復(fù)合材料有機(jī)纖維/環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維/鋁復(fù)合材料彈性模量彈性模量3200.511.5212鋼鋁合金鈦合金玻璃纖維復(fù)合材料高模碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料高模石墨纖維/環(huán)氧復(fù)合材料有機(jī)纖維/環(huán)氧

4、復(fù)合材料硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料硼纖維/鋁復(fù)合材料比強(qiáng)度比強(qiáng)度比模量比模量33 比強(qiáng)度和比模量高比強(qiáng)度和比模量高 材料的強(qiáng)度除以密度稱(chēng)為比強(qiáng)度；材料材料的強(qiáng)度除以密度稱(chēng)為比強(qiáng)度；材料的剛度除以密度稱(chēng)為比剛度的剛度除以密度稱(chēng)為比剛度 。這兩個(gè)參量。這兩個(gè)參量是衡量材料承載能力的重要指標(biāo)。比強(qiáng)度和是衡量材料承載能力的重要指標(biāo)。比強(qiáng)度和比剛度較高說(shuō)明材料重量輕，而強(qiáng)度和剛度比剛度較高說(shuō)明材料重量輕，而強(qiáng)度和剛度大。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是航空、航天結(jié)構(gòu)大。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是航空、航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)材料的重要要求?，F(xiàn)代飛機(jī)、導(dǎo)彈和設(shè)計(jì)對(duì)材料的重要要求?，F(xiàn)代飛機(jī)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等機(jī)體結(jié)構(gòu)正逐漸擴(kuò)大使用纖維增強(qiáng)復(fù)衛(wèi)星等

5、機(jī)體結(jié)構(gòu)正逐漸擴(kuò)大使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比例。合材料的比例。34 耐疲勞性能好耐疲勞性能好 一般金屬的疲勞強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的一般金屬的疲勞強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的404050%50%，而某些復(fù)合材料可高達(dá)，而某些復(fù)合材料可高達(dá)707080%80%。復(fù)。復(fù)合材料的疲勞斷裂是從基體開(kāi)始，逐漸擴(kuò)合材料的疲勞斷裂是從基體開(kāi)始，逐漸擴(kuò)展到纖維和基體的界面上，沒(méi)有突發(fā)性的展到纖維和基體的界面上，沒(méi)有突發(fā)性的變化。因此，變化。因此，復(fù)合材料在破壞前有預(yù)兆，復(fù)合材料在破壞前有預(yù)兆，可以檢查和補(bǔ)救可以檢查和補(bǔ)救。纖維復(fù)合材料還具有較。纖維復(fù)合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。好的抗聲振疲勞性能。用復(fù)合材料制成的用復(fù)合材料制

6、成的直升飛機(jī)旋翼，其疲勞壽命比用金屬的長(zhǎng)直升飛機(jī)旋翼，其疲勞壽命比用金屬的長(zhǎng)數(shù)倍數(shù)倍。35 減振性能良好減振性能良好 纖維復(fù)合材料的纖維和基體界面的阻尼纖維復(fù)合材料的纖維和基體界面的阻尼較大，因此具有較好的減振性能。用同形較大，因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動(dòng)試驗(yàn)，碳狀和同大小的兩種粱分別作振動(dòng)試驗(yàn)，碳纖維復(fù)合材料粱的振動(dòng)衰減時(shí)間比輕金屬纖維復(fù)合材料粱的振動(dòng)衰減時(shí)間比輕金屬粱要短得多。粱要短得多。36 過(guò)載安全性好過(guò)載安全性好 在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體中有成千在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體中有成千上萬(wàn)根獨(dú)立的纖維。當(dāng)用這種材料制成的上萬(wàn)根獨(dú)立的纖維。當(dāng)用這種材料制成的構(gòu)件超

7、載，并有少量纖維斷裂時(shí)，載荷會(huì)構(gòu)件超載，并有少量纖維斷裂時(shí)，載荷會(huì)迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上，迅速重新分配并傳遞到未破壞的纖維上，因此整個(gè)構(gòu)件不至于在短時(shí)間內(nèi)喪失承載因此整個(gè)構(gòu)件不至于在短時(shí)間內(nèi)喪失承載能力。能力。37 耐熱性能好耐熱性能好 在高溫下，用碳或硼纖維增強(qiáng)的金在高溫下，用碳或硼纖維增強(qiáng)的金屬其強(qiáng)度和剛度都比原金屬的強(qiáng)度和剛屬其強(qiáng)度和剛度都比原金屬的強(qiáng)度和剛度高很多。普通鋁合金在度高很多。普通鋁合金在400400時(shí)，彈時(shí)，彈性模量大幅度下降，強(qiáng)度也下降；而在性模量大幅度下降，強(qiáng)度也下降；而在同一溫度下，用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)的同一溫度下，用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)的鋁合金的強(qiáng)度和彈性

8、模量基本不變。鋁合金的強(qiáng)度和彈性模量基本不變。復(fù)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率一般都小，因而它的瞬合材料的熱導(dǎo)率一般都小，因而它的瞬時(shí)耐超高溫性能比較好時(shí)耐超高溫性能比較好。38各向異性及性能可設(shè)計(jì)性各向異性及性能可設(shè)計(jì)性 各向異性是復(fù)合材料的一個(gè)突出特點(diǎn)，各向異性是復(fù)合材料的一個(gè)突出特點(diǎn)，與之相關(guān)的是性能的可設(shè)計(jì)性。復(fù)合材料與之相關(guān)的是性能的可設(shè)計(jì)性。復(fù)合材料的力學(xué)、物理性能除了由的力學(xué)、物理性能除了由纖維、樹(shù)脂的種纖維、樹(shù)脂的種類(lèi)及體積含量類(lèi)及體積含量而定外，還與而定外，還與纖維的排列方纖維的排列方向、鋪層順序和層數(shù)向、鋪層順序和層數(shù)密切相關(guān)。因此，可密切相關(guān)。因此，可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的載荷分布及使用條件

9、的以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的載荷分布及使用條件的不同，選取相應(yīng)的材料及鋪層設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足不同，選取相應(yīng)的材料及鋪層設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足既定的要求。復(fù)合材料的這一特點(diǎn)可以實(shí)既定的要求。復(fù)合材料的這一特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)現(xiàn)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。合理。39工藝性好工藝性好 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一般適合于整體成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一般適合于整體成型，型，減少了零部件的數(shù)目及接頭緊固件，減少了零部件的數(shù)目及接頭緊固件，減少設(shè)計(jì)計(jì)算工作量并有利于提高計(jì)算的減少設(shè)計(jì)計(jì)算工作量并有利于提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性。另外，制作纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部另外，制作纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結(jié)在一起

10、，先件的步驟是把纖維和基體粘結(jié)在一起，先用模具成型，而后加溫固化，在制作過(guò)程用模具成型，而后加溫固化，在制作過(guò)程中基體由流體變?yōu)楣腆w，中基體由流體變?yōu)楣腆w，不易在材料中造不易在材料中造成微小裂紋，而且固化后殘余應(yīng)力很小成微小裂紋，而且固化后殘余應(yīng)力很小。401.7 增強(qiáng)材料纖維增強(qiáng)材料纖維 增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料:能和聚合物復(fù)合，形成復(fù)合材料后其比強(qiáng)能和聚合物復(fù)合，形成復(fù)合材料后其比強(qiáng)度和比模量超過(guò)現(xiàn)有金屬的物質(zhì)。反之，稱(chēng)為度和比模量超過(guò)現(xiàn)有金屬的物質(zhì)。反之，稱(chēng)為填料填料。纖纖維維增增強(qiáng)強(qiáng)材材料料粒子增粒子增強(qiáng)材料強(qiáng)材料（片狀、（片狀、顆粒狀）顆粒狀）41主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量一

11、般主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量一般在在90以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如等，但與一般碳等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的素材料不同的是，其外形有顯著的。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。制造制造：由含碳量較高，在熱處理過(guò)程中不熔融的人造：由含碳量較高，在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)化學(xué)纖維，經(jīng)及及等等工藝制成。工藝制成。應(yīng)用應(yīng)用：與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材：與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材料。料。，在強(qiáng)度、剛度在強(qiáng)度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要

12、求高溫、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都具優(yōu)勢(shì)。、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都具優(yōu)勢(shì)。42碳纖維碳纖維 碳纖維是以碳纖維是以聚丙烯腈纖維聚丙烯腈纖維、粘膠纖維粘膠纖維或或?yàn)r青纖維瀝青纖維為為原絲，通過(guò)加熱除去碳以外的其它一切元素制得的一種原絲，通過(guò)加熱除去碳以外的其它一切元素制得的一種高強(qiáng)度、高模量的纖維，它具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高強(qiáng)度、高模量的纖維，它具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能，是高性能增強(qiáng)復(fù)合材料中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料。高溫性能，是高性能增強(qiáng)復(fù)合材料中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料。 以粘膠為原絲時(shí)，粘膠纖維可直接炭化和石墨化。以粘膠為原絲時(shí)，粘

13、膠纖維可直接炭化和石墨化。纖維先進(jìn)行干燥，然后在氮或氬等惰性氣體保護(hù)下緩慢纖維先進(jìn)行干燥，然后在氮或氬等惰性氣體保護(hù)下緩慢加熱到加熱到400 。達(dá)。達(dá)400 后，快速升溫至后，快速升溫至9001000 ，使之完全炭化，可得含碳量達(dá)使之完全炭化，可得含碳量達(dá)90%的碳纖維。的碳纖維。 若以聚丙烯睛若以聚丙烯睛 纖維為原絲，則需先對(duì)原絲進(jìn)行纖維為原絲，則需先對(duì)原絲進(jìn)行180220 、約、約10小時(shí)的預(yù)氧化處理，然后再經(jīng)過(guò)炭化小時(shí)的預(yù)氧化處理，然后再經(jīng)過(guò)炭化和石墨化處理，由此制得具有優(yōu)良性能的碳纖維。和石墨化處理，由此制得具有優(yōu)良性能的碳纖維。43活性碳纖維的生產(chǎn)工藝流程活性碳纖維的生產(chǎn)工藝流程PA

14、N纖維纖維瀝青纖維瀝青纖維粘膠纖維粘膠纖維預(yù)氧絲預(yù)氧絲預(yù)氧絲預(yù)氧絲預(yù)氧絲預(yù)氧絲碳化活化碳化活化ACF活性炭纖維活性炭纖維活性碳纖維氈活性碳纖維氈活性碳纖維布活性碳纖維布活性碳纖維紙活性碳纖維紙不熔化不熔化預(yù)氧化預(yù)氧化催化浸清催化浸清預(yù)氧化預(yù)氧化44按性能分類(lèi)：按性能分類(lèi)：高性能型碳纖維抗拉強(qiáng)度在高性能型碳纖維抗拉強(qiáng)度在2000MPa以上，主要用于航天、以上，主要用于航天、 航空和軍工等領(lǐng)域；航空和軍工等領(lǐng)域；通用型碳纖維抗拉強(qiáng)度在通用型碳纖維抗拉強(qiáng)度在6001200MPa左右，主要用于左右，主要用于 機(jī)械制造、建筑和體育用品，如剎車(chē)片、軸承、密封材料等。機(jī)械制造、建筑和體育用品，如剎車(chē)片、軸承

15、、密封材料等。其它：活性碳纖維、氣相生長(zhǎng)碳纖維、納米碳纖維等其它：活性碳纖維、氣相生長(zhǎng)碳纖維、納米碳纖維等按原料分類(lèi)：按原料分類(lèi)：粘膠基碳纖維（粘膠基碳纖維（ 90 ）瀝青基碳纖維（瀝青基碳纖維（10%）45碳纖維的制造方法碳纖維的制造方法: 碳纖維制品有布、帶、粗紗、短纖維和氈等碳纖維制品有布、帶、粗紗、短纖維和氈等氣相法氣相法有機(jī)纖維碳化法（可制造連續(xù)長(zhǎng)纖維）有機(jī)纖維碳化法（可制造連續(xù)長(zhǎng)纖維）464748495051521、紡絲原液的制備：聚合物在少數(shù)強(qiáng)酸性、紡絲原液的制備：聚合物在少數(shù)強(qiáng)酸性溶液中（濃硫酸）溶解成適宜紡絲的濃溶液，溶液中（濃硫酸）溶解成適宜紡絲的濃溶液，使其具有典型的使其

16、具有典型的向列型液晶結(jié)構(gòu)向列型液晶結(jié)構(gòu)； 2、成形工藝：紡絲原液通過(guò)噴絲孔，在剪、成形工藝：紡絲原液通過(guò)噴絲孔，在剪切力和拉伸流動(dòng)下，向列型液晶微區(qū)沿纖維軸切力和拉伸流動(dòng)下，向列型液晶微區(qū)沿纖維軸向取向，吐出噴絲孔后，由于壓力松弛，使取向取向，吐出噴絲孔后，由于壓力松弛，使取向的大分子鏈產(chǎn)生部分向的大分子鏈產(chǎn)生部分解取向解取向傾向。很快液流傾向。很快液流受到拉伸應(yīng)力作用，又抑制解取向，在空氣中受到拉伸應(yīng)力作用，又抑制解取向，在空氣中進(jìn)一步細(xì)化伸長(zhǎng)并獲得進(jìn)一步細(xì)化伸長(zhǎng)并獲得高度取向高度取向，到低溫的凝，到低溫的凝固浴中，冷卻凝固成凍結(jié)液晶相纖維，因此初固浴中，冷卻凝固成凍結(jié)液晶相纖維，因此初生絲

17、無(wú)需拉伸就能得到高強(qiáng)度高模量的纖維。生絲無(wú)需拉伸就能得到高強(qiáng)度高模量的纖維。5354 最早用于聚合物基最早用于聚合物基復(fù)合材料的一種增復(fù)合材料的一種增強(qiáng)材料。美國(guó)于強(qiáng)材料。美國(guó)于18931893年即研究成功年即研究成功玻璃纖維，玻璃纖維，19381938年年工業(yè)化并作為商品工業(yè)化并作為商品出售，出售，4040年代初即年代初即應(yīng)用于航空工業(yè)。應(yīng)用于航空工業(yè)。玻璃纖維熔制過(guò)程示意圖玻璃纖維熔制過(guò)程示意圖5556 玻璃纖維具有很高的拉伸強(qiáng)度，不僅超過(guò)玻璃纖維具有很高的拉伸強(qiáng)度，不僅超過(guò)了各種天然纖維和合成纖維，同時(shí)也超過(guò)一般了各種天然纖維和合成纖維，同時(shí)也超過(guò)一般鋼材的強(qiáng)度。玻璃纖維的強(qiáng)度與直徑和長(zhǎng)

18、度的鋼材的強(qiáng)度。玻璃纖維的強(qiáng)度與直徑和長(zhǎng)度的大小有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)大小有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)直徑越細(xì)，拉伸強(qiáng)度越高；直徑越細(xì)，拉伸強(qiáng)度越高；拉伸試件越長(zhǎng)，強(qiáng)度越小拉伸試件越長(zhǎng)，強(qiáng)度越小。玻璃纖維的彈性模。玻璃纖維的彈性模量不高，與純鋁的模量接近，只有普通鋼的量不高，與純鋁的模量接近，只有普通鋼的1/31/3。彈性模量低是其主要缺點(diǎn)彈性模量低是其主要缺點(diǎn)。玻璃纖維受力時(shí)，。玻璃纖維受力時(shí)，其拉伸應(yīng)力其拉伸應(yīng)力- -應(yīng)變特性基本上是一條直線(xiàn)，沒(méi)有應(yīng)變特性基本上是一條直線(xiàn)，沒(méi)有塑性變形階段，屬于具有脆性特征的彈性材料。塑性變形階段，屬于具有脆性特征的彈性材料。它的它的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度均較其它纖維低扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、剪

19、切強(qiáng)度均較其它纖維低。 5758坩坩堝堝爐爐59 池窯拉絲是國(guó)際上普遍采池窯拉絲是國(guó)際上普遍采用的玻璃纖維生產(chǎn)新工藝，該用的玻璃纖維生產(chǎn)新工藝，該技術(shù)特點(diǎn)是，采用重油或燃?xì)饧夹g(shù)特點(diǎn)是，采用重油或燃?xì)饧訜釂卧G，粉料直接熔化成加熱單元窯，粉料直接熔化成玻璃，經(jīng)燃?xì)饧訜岬某尚屯?，玻璃，?jīng)燃?xì)饧訜岬某尚屯?，由多臺(tái)（數(shù)十到上百臺(tái)）漏板由多臺(tái)（數(shù)十到上百臺(tái)）漏板同時(shí)拉制各種規(guī)格的玻璃纖維同時(shí)拉制各種規(guī)格的玻璃纖維原絲。具有生產(chǎn)規(guī)模大、效率原絲。具有生產(chǎn)規(guī)模大、效率高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)點(diǎn)，能適應(yīng)800至至4000孔大漏孔大漏板拉絲成型的要求，是生產(chǎn)高板拉絲成型

20、的要求，是生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本玻璃纖維材料的質(zhì)量、低成本玻璃纖維材料的最佳方法。最佳方法。 6061626364656667 1.7.4復(fù)合纖維的生產(chǎn)方法復(fù)合纖維的生產(chǎn)方法 復(fù)合纖維的生產(chǎn)方法主要有復(fù)合纖維的生產(chǎn)方法主要有復(fù)合紡絲法復(fù)合紡絲法和和共共混紡絲法混紡絲法。 復(fù)合紡絲法是將兩種性質(zhì)不同的高聚物，用兩復(fù)合紡絲法是將兩種性質(zhì)不同的高聚物，用兩根螺桿分別熔融、計(jì)量后，共同進(jìn)入特殊設(shè)計(jì)的紡根螺桿分別熔融、計(jì)量后，共同進(jìn)入特殊設(shè)計(jì)的紡絲組件，經(jīng)噴絲孔噴出冷卻成形。復(fù)合紡絲采用專(zhuān)絲組件，經(jīng)噴絲孔噴出冷卻成形。復(fù)合紡絲采用專(zhuān)用的復(fù)合紡絲機(jī)生產(chǎn)。用的復(fù)合紡絲機(jī)生產(chǎn)。 共混紡絲是將兩種或兩種以上的具有相

21、容性的共混紡絲是將兩種或兩種以上的具有相容性的聚合物混合在一起進(jìn)行紡絲的方法。這種方法可以聚合物混合在一起進(jìn)行紡絲的方法。這種方法可以用普通紡絲設(shè)備。用普通紡絲設(shè)備。69 70 聚合物基復(fù)合材料的基體材料是樹(shù)聚合物基復(fù)合材料的基體材料是樹(shù)脂。用作基材的樹(shù)脂首先要具有脂。用作基材的樹(shù)脂首先要具有較高的較高的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性能和耐老力學(xué)性能、介電性能、耐熱性能和耐老化性能，并且要施工簡(jiǎn)便，有良好的工化性能，并且要施工簡(jiǎn)便，有良好的工藝性能藝性能。樹(shù)脂大致可分為。樹(shù)脂大致可分為熱固性樹(shù)脂熱固性樹(shù)脂和和熱塑性樹(shù)脂熱塑性樹(shù)脂兩類(lèi)。前者有環(huán)氧樹(shù)脂、兩類(lèi)。前者有環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等；后者有聚酰胺、

22、聚砜、聚酚醛樹(shù)脂等；后者有聚酰胺、聚砜、聚酰亞胺、聚脂等。這兩類(lèi)基體材料在使酰亞胺、聚脂等。這兩類(lèi)基體材料在使用方法上有很大的不同。用方法上有很大的不同。7172復(fù)合材料的組成復(fù)合材料的組成基體基體Matrix增強(qiáng)體增強(qiáng)體Reinforcement界面界面Interface73a是玻纖增強(qiáng)是玻纖增強(qiáng)PP的沖擊試樣的斷口掃描電鏡照片，的沖擊試樣的斷口掃描電鏡照片，（a）是加入）是加入MPP相容劑的玻纖增強(qiáng)相容劑的玻纖增強(qiáng)體系，體系，( a）中玻璃）中玻璃纖維與基體的結(jié)合纖維與基體的結(jié)合較好，纖維拔出較較好，纖維拔出較少少.74（b）是未加相容劑的玻纖增強(qiáng)體系。）是未加相容劑的玻纖增強(qiáng)體系。從中可

23、以看出，而從中可以看出，而（b）中有大量的玻）中有大量的玻纖從基體中拔出，證纖從基體中拔出，證明與基體的粘接性較明與基體的粘接性較差，因而體系的力學(xué)差，因而體系的力學(xué)性能不高。性能不高。75復(fù)合效應(yīng)復(fù)合效應(yīng) 復(fù)合效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是原相材料及其所形成的界面復(fù)合效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是原相材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互補(bǔ)充的結(jié)果。相互作用、相互依存、相互補(bǔ)充的結(jié)果。 復(fù)合材料具有特殊的復(fù)合效應(yīng)，使得復(fù)合材料復(fù)合材料具有特殊的復(fù)合效應(yīng)，使得復(fù)合材料不但基本保持了原有組分的性能，還增添了原有組不但基本保持了原有組分的性能，還增添了原有組分沒(méi)有的性能。分沒(méi)有的性能。 它表現(xiàn)為樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能是其組分材料

24、它表現(xiàn)為樹(shù)脂基復(fù)合材料的性能是其組分材料基礎(chǔ)上的線(xiàn)性和非線(xiàn)性的綜合。復(fù)合效應(yīng)有正有負(fù)，基礎(chǔ)上的線(xiàn)性和非線(xiàn)性的綜合。復(fù)合效應(yīng)有正有負(fù)，性能的提高總是人們所期望的，但有些材料在復(fù)合性能的提高總是人們所期望的，但有些材料在復(fù)合之后某些方面的性能出現(xiàn)抵消甚至降低的現(xiàn)象是不之后某些方面的性能出現(xiàn)抵消甚至降低的現(xiàn)象是不可避免的?？杀苊獾?。 76 線(xiàn)性效應(yīng)線(xiàn)性效應(yīng)非線(xiàn)性效應(yīng)非線(xiàn)性效應(yīng)界面效應(yīng)界面效應(yīng)尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng)各向異性效應(yīng)各向異性效應(yīng) 復(fù)合效應(yīng)復(fù)合效應(yīng)線(xiàn)性效應(yīng)可細(xì)分為平均效應(yīng)、平行效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)、相抵線(xiàn)性效應(yīng)可細(xì)分為平均效應(yīng)、平行效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)、相抵效應(yīng)。效應(yīng)。 非線(xiàn)性效應(yīng)可細(xì)分為乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘

25、導(dǎo)效應(yīng)、共非線(xiàn)性效應(yīng)可細(xì)分為乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、共振效應(yīng)。振效應(yīng)。771 1、線(xiàn)性效應(yīng)、線(xiàn)性效應(yīng)（1 1）平均效應(yīng)（混合效應(yīng)）平均效應(yīng)（混合效應(yīng)） 復(fù)合材料的某項(xiàng)性能等于各組分的該項(xiàng)性能乘以該復(fù)合材料的某項(xiàng)性能等于各組分的該項(xiàng)性能乘以該組分體積分?jǐn)?shù)之和?？捎没旌衔锒擅枋觯航M分體積分?jǐn)?shù)之和。可用混合物定律描述： Kc = KiiKc = Kii （并聯(lián)模型）（并聯(lián)模型） 1/Kc = i/Ki 1/Kc = i/Ki （串聯(lián)模型）（串聯(lián)模型）（2 2）平行效應(yīng)）平行效應(yīng) 復(fù)合材料的某項(xiàng)性能與其中某一組分的該項(xiàng)性能基復(fù)合材料的某項(xiàng)性能與其中某一組分的該項(xiàng)性能基本相當(dāng)。本相當(dāng)。 KcKc

26、 Ki Ki 78（3 3）相補(bǔ)效應(yīng)）相補(bǔ)效應(yīng) 復(fù)合材料各組分復(fù)合后相互補(bǔ)充，彌補(bǔ)復(fù)合材料各組分復(fù)合后相互補(bǔ)充，彌補(bǔ)各自的弱點(diǎn)，產(chǎn)生優(yōu)異的綜合性能。各自的弱點(diǎn)，產(chǎn)生優(yōu)異的綜合性能。 C = AC = AB B（4 4）相抵效應(yīng)）相抵效應(yīng) 復(fù)合材料各組分之間出現(xiàn)性能相互制約，復(fù)合材料各組分之間出現(xiàn)性能相互制約，使其性能低于混合物定律預(yù)測(cè)值。使其性能低于混合物定律預(yù)測(cè)值。 Kc KiiKc Kii79以下舉例對(duì)其中的重要效應(yīng)簡(jiǎn)單作一說(shuō)明。以下舉例對(duì)其中的重要效應(yīng)簡(jiǎn)單作一說(shuō)明。 平均效應(yīng)又可稱(chēng)為加和效應(yīng)平均效應(yīng)又可稱(chēng)為加和效應(yīng)(Mean Properties)，反映在，反映在復(fù)合材料的混合定則復(fù)合材

27、料的混合定則(Rule of Mixture)中。中。該定則通常用來(lái)計(jì)算增強(qiáng)材料和基體復(fù)合后對(duì)某一性質(zhì)該定則通常用來(lái)計(jì)算增強(qiáng)材料和基體復(fù)合后對(duì)某一性質(zhì)產(chǎn)生的效果，即產(chǎn)生的效果，即式中式中 p某一性質(zhì)，例如強(qiáng)度、模量、泊松比、熱導(dǎo)等某一性質(zhì)，例如強(qiáng)度、模量、泊松比、熱導(dǎo)等Pc復(fù)合材料的某一性質(zhì)；復(fù)合材料的某一性質(zhì)；Pi原始原始i材料的某一性質(zhì)；材料的某一性質(zhì)；體積分?jǐn)?shù)；體積分?jǐn)?shù)；i N種原始材料中第種原始材料中第i種材料體積分?jǐn)?shù)種材料體積分?jǐn)?shù)n由實(shí)驗(yàn)確定，其范圍為由實(shí)驗(yàn)確定，其范圍為-1 n 1Niinicpp180Niinicpp1例題：p(PA66) =81.3MPa, p(GF)=3232

28、MPa, p(CF)=35001= 0.7 , 2=0.3 n=1Pc1=81.30.7+32320.3=1026.51 (MPa)Pc2=81.30.7+35000.3=1106.91 (MPa)81相補(bǔ)效應(yīng)和相抵效應(yīng)相補(bǔ)效應(yīng)和相抵效應(yīng)AB82非線(xiàn)性效應(yīng)中，乘積效應(yīng)非線(xiàn)性效應(yīng)中，乘積效應(yīng)(Product ProPcnMs又叫傳遞特性，交叉耦合效應(yīng)。又叫傳遞特性，交叉耦合效應(yīng)。 例如對(duì)材料例如對(duì)材料X X輸入時(shí)輸出為輸入時(shí)輸出為Y Y，即一種轉(zhuǎn)換功，即一種轉(zhuǎn)換功能材料能材料Y/X(Y/X(如磁場(chǎng)壓力的換能材料如磁場(chǎng)壓力的換能材料) )；而；而Y Y又作為又作為另一種材料的第二次輸入，產(chǎn)生輸出另

29、一種材料的第二次輸入，產(chǎn)生輸出Z Z，即為另一，即為另一種換能材料種換能材料Z ZY(Y(如電阻磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換材料如電阻磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換材料) )。兩種材。兩種材料復(fù)合得出一新的機(jī)能材料，即料復(fù)合得出一新的機(jī)能材料，即Y YX XZ ZY YZ ZX(X(即電阻壓力轉(zhuǎn)換構(gòu)料即電阻壓力轉(zhuǎn)換構(gòu)料) )。 乘積效應(yīng)對(duì)開(kāi)發(fā)新型功能材料指出了方向，因乘積效應(yīng)對(duì)開(kāi)發(fā)新型功能材料指出了方向，因?yàn)檫@種效應(yīng)不僅僅比單一材料獲得很強(qiáng)的性能，甚為這種效應(yīng)不僅僅比單一材料獲得很強(qiáng)的性能，甚至還可利用它創(chuàng)造出任何單一材料都不存在的新的至還可利用它創(chuàng)造出任何單一材料都不存在的新的功能效應(yīng)。功能效應(yīng)。832、非線(xiàn)性效應(yīng)、非線(xiàn)性效應(yīng)相乘效

30、應(yīng)相乘效應(yīng)（X/Y）（Y/Z）=X/ZA組元性質(zhì)組元性質(zhì)X/YB組元性質(zhì)組元性質(zhì)Y/Z相乘性質(zhì)相乘性質(zhì)X/Z壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)磁致伸縮磁致伸縮熱致變形熱致變形磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)電磁效應(yīng)電磁效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓敏效應(yīng)壓敏效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)熱敏效應(yīng)熱敏效應(yīng)84 當(dāng)你在點(diǎn)燃煤氣灶或熱水器時(shí)，當(dāng)你在點(diǎn)燃煤氣灶或熱水器時(shí)，就有一種壓電陶瓷已悄悄地就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務(wù)了一次。生產(chǎn)廠家為你服務(wù)了一次。生產(chǎn)廠家在這類(lèi)壓電點(diǎn)火裝置內(nèi)，藏在這類(lèi)壓電點(diǎn)火裝置內(nèi)，藏著一塊壓電陶瓷，當(dāng)用戶(hù)按著一塊壓電陶瓷，當(dāng)用戶(hù)按下點(diǎn)火裝置的彈簧時(shí)，傳動(dòng)下點(diǎn)火裝置的彈簧時(shí)，傳

31、動(dòng)裝置就把壓力施加在壓電陶裝置就把壓力施加在壓電陶瓷上，使它產(chǎn)生很高的電壓，瓷上，使它產(chǎn)生很高的電壓，進(jìn)而將電能引向燃?xì)獾某隹谶M(jìn)而將電能引向燃?xì)獾某隹诜烹?，于是，燃?xì)饩捅浑娀鸱烹?，于是，燃?xì)饩捅浑娀鸹c(diǎn)燃了。壓電陶瓷的這種花點(diǎn)燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓電效應(yīng)。反之功能就叫做壓電效應(yīng)。反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。 85原理上利用鋯鈦酸鉛PZT壓電陶瓷在電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的正、逆壓電效應(yīng)，既在壓電陶瓷加一電信號(hào)，便產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)而發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在空氣傳播途中碰到障礙物立即被反射回來(lái)，作用于它的陶瓷時(shí)，則會(huì)有電信號(hào)輸出，通過(guò)

32、數(shù)據(jù)處理時(shí)間差測(cè)距，計(jì)算顯示車(chē)與障礙物的距離及危險(xiǎn)相撞時(shí)報(bào)警，可準(zhǔn)確無(wú)誤地探測(cè)汽車(chē)尾部及駕車(chē)者視角盲區(qū)的微小障礙物，實(shí)用性相當(dāng)強(qiáng)。 超聲波傳感器用作汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警器裝置，也被稱(chēng)為超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)或倒車(chē)聲納系統(tǒng)，尤其適用于加長(zhǎng)型裝載汽車(chē)、載重大貨車(chē)、礦山汽車(chē)等大型車(chē)輛。 86 具有具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度高、阻尼大質(zhì)量輕、強(qiáng)度和剛度高、阻尼大的特的特點(diǎn)，主要用于先進(jìn)載人航天器、空間站和固體點(diǎn)，主要用于先進(jìn)載人航天器、空間站和固體發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)件，是航天領(lǐng)域中用量較多的結(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)件，是航天領(lǐng)域中用量較多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。與常規(guī)金屬材料相比，構(gòu)復(fù)合材料。與常規(guī)金屬材料相比，可減輕構(gòu)可減輕構(gòu)件質(zhì)量件質(zhì)量

33、20%20%60%60%。主要材料有石墨主要材料有石墨/ /環(huán)氧、硼環(huán)氧、硼/ /環(huán)氧、石墨環(huán)氧、石墨/ /聚酰亞胺和聚醚酮等。國(guó)內(nèi)外在防聚酰亞胺和聚醚酮等。國(guó)內(nèi)外在防空導(dǎo)彈天線(xiàn)罩的制造中也應(yīng)用或正在開(kāi)展應(yīng)用空導(dǎo)彈天線(xiàn)罩的制造中也應(yīng)用或正在開(kāi)展應(yīng)用工作。工作。 以金屬或合金為基體、并以纖維、晶須、以金屬或合金為基體、并以纖維、晶須、顆料等為增強(qiáng)體。按所用的基體金屬和增強(qiáng)體顆料等為增強(qiáng)體。按所用的基體金屬和增強(qiáng)體的不同，使用溫度范圍約在的不同，使用溫度范圍約在30030012001200。高高比強(qiáng)度、比剛度、良好韌性和塑性、低膨脹系比強(qiáng)度、比剛度、良好韌性和塑性、低膨脹系數(shù)、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、

34、抗輻射、抗激光及數(shù)、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、抗輻射、抗激光及制造性能好，在太空環(huán)境不放氣，能在較高溫制造性能好，在太空環(huán)境不放氣，能在較高溫度（度（200200800800）工作）工作。用于先進(jìn)載人器的起。用于先進(jìn)載人器的起落架等落架等以及以及等。主要材料有碳化硅等。主要材料有碳化硅/ /鋁、氧化鋁鋁、氧化鋁/ /鋁、鋁、碳化硅碳化硅/ /鈦、碳化硅鈦、碳化硅/ /鈦鋁化合物和石墨鈦鋁化合物和石墨/ /銅等銅等。8889 以碳或石墨纖維為增強(qiáng)體。具有良好的以碳或石墨纖維為增強(qiáng)體。具有良好的，是，是現(xiàn)有復(fù)合材料中工作現(xiàn)有復(fù)合材料中工作溫度最高的材料溫度最高的材料。主要用于載人再入航天器的熱。主要用于

35、載人再入航天器的熱結(jié)構(gòu)、面板結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)噴管燒蝕防熱結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)、面板結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)噴管燒蝕防熱結(jié)構(gòu)等。材料有材料有增強(qiáng)碳增強(qiáng)碳/ /碳（碳（RCCRCC）和進(jìn)行碳）和進(jìn)行碳/ /碳（碳（ACCACC）。超輕、超剛性結(jié)構(gòu)用的石墨泡沫材料（超輕、超剛性結(jié)構(gòu)用的石墨泡沫材料（SGFSGF）目）目前正在研究中，它有可能用于包括機(jī)翼、無(wú)人機(jī)前正在研究中，它有可能用于包括機(jī)翼、無(wú)人機(jī)及衛(wèi)星在內(nèi)的結(jié)構(gòu)件。及衛(wèi)星在內(nèi)的結(jié)構(gòu)件。90 一半以上的碳一半以上的碳/ /碳復(fù)合材料用于飛機(jī)剎車(chē)裝碳復(fù)合材料用于飛機(jī)剎車(chē)裝置，具有重量輕、耐高溫、比熱容大、壽命長(zhǎng)、置，具有重量輕、耐高溫、比熱容大、壽命長(zhǎng)、剎車(chē)力矩平穩(wěn)、噪音

36、小等優(yōu)點(diǎn)。剎車(chē)力矩平穩(wěn)、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。 前蘇聯(lián)的前蘇聯(lián)的“暴風(fēng)雪暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)所用的復(fù)合號(hào)航天飛機(jī)所用的復(fù)合材料達(dá)材料達(dá)5t5t之多，在機(jī)翼前緣和頭錐罩應(yīng)用了碳之多，在機(jī)翼前緣和頭錐罩應(yīng)用了碳/ /碳復(fù)合材料充當(dāng)最重要的隔熱部分，工作溫度碳復(fù)合材料充當(dāng)最重要的隔熱部分，工作溫度16001600。 美國(guó)美國(guó)“哥倫比亞哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)在頭錐和機(jī)翼號(hào)航天飛機(jī)在頭錐和機(jī)翼前緣也使用了碳前緣也使用了碳/ /碳復(fù)合材料，工作溫度大于碳復(fù)合材料，工作溫度大于12001200。美國(guó)國(guó)防部將研制碳。美國(guó)國(guó)防部將研制碳/ /碳部件和輕質(zhì)航碳部件和輕質(zhì)航天器作為天器作為2001200120052005年航天

37、材料技術(shù)發(fā)展的重要年航天材料技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)。目標(biāo)。 -以碳纖維或碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基以碳纖維或碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在復(fù)合材料，在500500時(shí)仍能保持足夠的時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量，比未增強(qiáng)的鋁好得多；強(qiáng)度和模量，比未增強(qiáng)的鋁好得多；碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。扇葉片。 -非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車(chē)可減輕重非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車(chē)可減輕重量、提高車(chē)速、節(jié)約能源。如用碳纖維增強(qiáng)塑料制成的量、提高車(chē)速、節(jié)約能源。如用碳纖維增強(qiáng)塑料制成的車(chē)身和發(fā)動(dòng)機(jī)罩，其

38、重量可比金屬制的輕一半以上；用車(chē)身和發(fā)動(dòng)機(jī)罩，其重量可比金屬制的輕一半以上；用碳纖維與玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧，其剛度碳纖維與玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大五倍多的鋼片彈簧相等。和承載能力與重量大五倍多的鋼片彈簧相等。-碳化硅纖維與氮化硅陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá)碳化硅纖維與氮化硅陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá)15001500，比超合金渦輪葉片的使用溫度高很多。，比超合金渦輪葉片的使用溫度高很多。-復(fù)合材料范圍廣，品種多，性能優(yōu)異，有很大的發(fā)展復(fù)合材料范圍廣，品種多，性能優(yōu)異，有很大的發(fā)展前途。玻璃纖維增強(qiáng)前途。玻璃纖維增強(qiáng)熱固性塑料熱固性塑料中的片狀模塑料發(fā)展很快，中

39、的片狀模塑料發(fā)展很快，已出現(xiàn)了許多分支，其制品已由非受力件擴(kuò)大到受力件如已出現(xiàn)了許多分支，其制品已由非受力件擴(kuò)大到受力件如傳動(dòng)支架等。玻璃纖維增強(qiáng)傳動(dòng)支架等。玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料熱塑性塑料的用途越來(lái)越廣，的用途越來(lái)越廣，其發(fā)展速度在有的國(guó)家已超過(guò)熱固性的增長(zhǎng)率。其發(fā)展速度在有的國(guó)家已超過(guò)熱固性的增長(zhǎng)率。-高級(jí)復(fù)合材料的發(fā)展方向是降低成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。高級(jí)復(fù)合材料的發(fā)展方向是降低成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。用兩種或兩種以上的不同纖維作為增強(qiáng)材料，不但可降低用兩種或兩種以上的不同纖維作為增強(qiáng)材料，不但可降低成本，且其混合效應(yīng)超過(guò)一般的混合規(guī)律。航空中的結(jié)構(gòu)成本，且其混合效應(yīng)超過(guò)一般的混合規(guī)律。航空中的

40、結(jié)構(gòu)件、工業(yè)用機(jī)器人、海洋開(kāi)發(fā)用的結(jié)構(gòu)材料、汽車(chē)片彈簧件、工業(yè)用機(jī)器人、海洋開(kāi)發(fā)用的結(jié)構(gòu)材料、汽車(chē)片彈簧和驅(qū)動(dòng)軸等，將越來(lái)越多采用和驅(qū)動(dòng)軸等，將越來(lái)越多采用混合纖維增強(qiáng)復(fù)合材料混合纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。-由碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。因?yàn)楹教祜w行器的重量的進(jìn)的航空航天材料。因?yàn)楹教祜w行器的重量的減少可大大減輕運(yùn)載火箭的重量。同樣，飛機(jī)減少可大大減輕運(yùn)載火箭的重量。同樣，飛機(jī)重量的減輕也可以節(jié)省油耗，提高航速。有一重量的減輕也可以節(jié)省油耗，提高航速。有一種垂

41、直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的已占全機(jī)重量的1/41/4，占機(jī)翼重量的，占機(jī)翼重量的1/31/3。據(jù)報(bào)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)航天飛機(jī)上道，美國(guó)航天飛機(jī)上3 3只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部件的噴嘴以及先進(jìn)的件的噴嘴以及先進(jìn)的MXMX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的。先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的。（1 1） 主要是主要是橋梁和抗震補(bǔ)強(qiáng)材料橋梁和抗震補(bǔ)強(qiáng)材料，在日本和臺(tái)灣省大地震后，需求量大增。在日本和臺(tái)灣省大地震后，需求量大增。 另外，伴隨著信息社會(huì)的發(fā)達(dá)，出現(xiàn)了機(jī)密另外，伴隨著信息社會(huì)的發(fā)達(dá)，出現(xiàn)了機(jī)

42、密泄露和通過(guò)內(nèi)外部的各種情報(bào)、通信設(shè)備而相互泄露和通過(guò)內(nèi)外部的各種情報(bào)、通信設(shè)備而相互干擾等社會(huì)問(wèn)題，其對(duì)策便是利用干擾等社會(huì)問(wèn)題，其對(duì)策便是利用碳纖維網(wǎng)格混碳纖維網(wǎng)格混入混凝土中形成電磁波屏蔽墻入混凝土中形成電磁波屏蔽墻加以解決。加以解決。 此外，碳纖維管制的此外，碳纖維管制的桁梁構(gòu)架屋頂桁梁構(gòu)架屋頂，比鋼制，比鋼制品輕品輕1/21/2，使大型結(jié)構(gòu)物達(dá)到了實(shí)用化的水平，使大型結(jié)構(gòu)物達(dá)到了實(shí)用化的水平，而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。（2 2）天然纖維復(fù)合材料天然纖維復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)在汽車(chē)工業(yè)中主要用于車(chē)門(mén)內(nèi)裝飾板、司機(jī)用雜物箱、貨中主要用于車(chē)

43、門(mén)內(nèi)裝飾板、司機(jī)用雜物箱、貨車(chē)車(chē)廂地板、備胎蓋、座位靠背。還可以用于車(chē)車(chē)廂地板、備胎蓋、座位靠背。還可以用于儀表板、座椅扶手、儀表板雜件箱、后擱物架、儀表板、座椅扶手、儀表板雜件箱、后擱物架、車(chē)頂內(nèi)村、遮陽(yáng)板、座椅架行李倉(cāng)裝飾板、座車(chē)頂內(nèi)村、遮陽(yáng)板、座椅架行李倉(cāng)裝飾板、座椅頭枕襯墊等。椅頭枕襯墊等。 相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，北美地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，北美地區(qū)2000200020052005年間年間天然纖維復(fù)合材料汽車(chē)零部件的平均年增長(zhǎng)率天然纖維復(fù)合材料汽車(chē)零部件的平均年增長(zhǎng)率為為5050左右。左右。20052005年，汽車(chē)工業(yè)對(duì)天然纖維的年，汽車(chē)工業(yè)對(duì)天然纖維的年需求量超過(guò)年需求量超過(guò)4.54.5萬(wàn)噸。萬(wàn)噸

44、。汽車(chē)零部件纖維種類(lèi)聚合物纖維含量，% 車(chē)門(mén)板/襯墊洋麻/大麻，50/50聚丙烯50木纖維聚丙烯50雜物箱/后擱物架洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50木纖維酚醛樹(shù)脂85座位靠板/貨車(chē)車(chē)廂地板亞麻聚丙烯50備胎蓋/車(chē)身后壁板亞麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50其它內(nèi)裝飾板 洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50（3 3） 由由東邦人造絲東邦人造絲首先產(chǎn)業(yè)化和上市，具有首先產(chǎn)業(yè)化和上市，具有起吸附作用的微孔，吸脫附速度快，在起吸附作用的微孔，吸脫附速度快，在低濃度下的吸附性能優(yōu)良，可用于清酒低濃度下的吸附性能優(yōu)良，可用于清酒的脫色、凈化器濾材等。的脫色、凈化器濾材等。（4 4） 作為深海作為深海海底油田的輸送管，具有輕

45、、強(qiáng)、耐腐海底油田的輸送管，具有輕、強(qiáng)、耐腐蝕等特性。此外，平臺(tái)支架、鉆井套管蝕等特性。此外，平臺(tái)支架、鉆井套管等也需等也需CFRPCFRP（碳纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂）（碳纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂）材料。材料。99 世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團(tuán)和美國(guó)的卓爾泰克（團(tuán)和美國(guó)的卓爾泰克（ZOLTEK）、阿）、阿克蘇（克蘇（AKZO）、阿爾迪拉（）、阿爾迪拉（ALDIL1）和德國(guó)的和德國(guó)的SGL公司等。其中日本三大集公司等。其中日本三大集團(tuán)占世界生產(chǎn)能力的團(tuán)占世界生產(chǎn)能力的75。世界。世界CT型碳型碳纖維總生產(chǎn)

46、能力為纖維總生產(chǎn)能力為22100噸噸/年；年；LT型碳型碳纖維總生產(chǎn)能力為纖維總生產(chǎn)能力為9550噸噸/年，實(shí)際生產(chǎn)年，實(shí)際生產(chǎn)量約為量約為7000噸噸/年。年。（5 5） 歐洲的風(fēng)力發(fā)歐洲的風(fēng)力發(fā)電翼片都采用電翼片都采用CFRPCFRP材料，而隨著其大型材料，而隨著其大型化，考慮到化，考慮到20-40m20-40m長(zhǎng)的翼片其強(qiáng)度和質(zhì)長(zhǎng)的翼片其強(qiáng)度和質(zhì)量，已開(kāi)始采用量，已開(kāi)始采用CFRPCFRP。（6 6） CFRPCFRP和和CFRPTCFRPT（碳纖維增強(qiáng)（碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂）可用于印刷軸承、凸輪、熱塑性樹(shù)脂）可用于印刷軸承、凸輪、殼體、殼體、VTR(VTR(影象錄放器影象錄放器) )、

47、CDCD部件、齒輪、部件、齒輪、制動(dòng)器、泵、照相機(jī)部件、眼鏡架等，制動(dòng)器、泵、照相機(jī)部件、眼鏡架等，目前目前CFRPTCFRPT還用得很少。還用得很少。1011.11 復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件的特點(diǎn)復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件的特點(diǎn) 1.11.1 復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件： 根據(jù)復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件的形式、增強(qiáng)劑、所用的原材料根據(jù)復(fù)合材料飛機(jī)構(gòu)件的形式、增強(qiáng)劑、所用的原材料 可以分為三個(gè)方面：可以分為三個(gè)方面： 1. 1. 不同類(lèi)型構(gòu)件不同類(lèi)型構(gòu)件 (1)(1)由梁、肋、長(zhǎng)桁、框、壁板組成的或一次固化成形的機(jī)體構(gòu)由梁、肋、長(zhǎng)桁、框、壁板組成的或一次固化成形的機(jī)體構(gòu)件件，目前應(yīng)用最廣泛。零件可以分散制造，成形工

48、藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量，目前應(yīng)用最廣泛。零件可以分散制造，成形工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量良好。良好。 (2)(2)用于承受軸向拉、壓載荷及扭矩的管狀構(gòu)件用于承受軸向拉、壓載荷及扭矩的管狀構(gòu)件，如飛機(jī)操縱桿，如飛機(jī)操縱桿。 (3)(3)操縱面上普遍使用的夾層結(jié)構(gòu)操縱面上普遍使用的夾層結(jié)構(gòu)，如方向舵面，副翼翼面等。，如方向舵面，副翼翼面等。夾層結(jié)構(gòu)的芯子可以由不同材料組成，如硬質(zhì)泡沫塑料、蜂窩芯夾層結(jié)構(gòu)的芯子可以由不同材料組成，如硬質(zhì)泡沫塑料、蜂窩芯子等。子等。夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于比剛度和比強(qiáng)度高，能承受均布的氣夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于比剛度和比強(qiáng)度高，能承受均布的氣動(dòng)力，所以在飛機(jī)上的活動(dòng)操縱面上使用很合適動(dòng)力，所以在飛機(jī)上

49、的活動(dòng)操縱面上使用很合適。1022. 2. 不同種類(lèi)增強(qiáng)劑制造的構(gòu)件不同種類(lèi)增強(qiáng)劑制造的構(gòu)件 復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的增強(qiáng)劑主要限于硼、復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的增強(qiáng)劑主要限于硼、碳及碳及KevlarKevlar的連續(xù)纖維。的連續(xù)纖維。硼纖維有優(yōu)秀的機(jī)械性硼纖維有優(yōu)秀的機(jī)械性能，但價(jià)格昂貴，纖維直徑較粗，零件成形時(shí)限能，但價(jià)格昂貴，纖維直徑較粗，零件成形時(shí)限制比碳纖維多，至今使用不廣。制比碳纖維多，至今使用不廣。在美國(guó)的在美國(guó)的F-111F-111、F-14F-14及法國(guó)的幻影及法國(guó)的幻影20002000等飛機(jī)上，碳纖維的使用等飛機(jī)上，碳纖維的使用量占首位。碳纖維品種規(guī)格齊全，可根據(jù)設(shè)計(jì)要量占首位。碳纖維品種規(guī)格齊全，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用，價(jià)格也比硼纖維便宜。求選用，價(jià)格也比硼纖維便宜。KevlarKevlar纖維具有纖維具有很高的抗拉強(qiáng)度，密度小，韌性好，但抗壓模量很高的抗拉強(qiáng)度，密度小，韌性好，但抗壓模量低，在主受力構(gòu)件中應(yīng)用受到限制。但與其它纖低，在主受力構(gòu)件中應(yīng)用受到限制。但與其它纖維混用，可以改善層壓板性能。維混用，可以改善層壓板性能。103在復(fù)合材料構(gòu)件中使用的主要增強(qiáng)劑有：在復(fù)合材料構(gòu)件中